URCA 2014/2
Considere como sistema termodinâmico uma porção de água numa panela sendo aquecida mais os vapores que escapam do líquido durante o aquecimento. Podemos afirmar que:
Se a fonte aquecedora (um fogão, por exemplo) fornece calor a uma taxa constante no tempo e se os demais fatores do ambiente não interferem então, para provocar a mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é menor com uma panela de pressão do que com uma panela comum (aberta).
Se a fonte aquecedora fornece calor a uma taxa constante no tempo e se os demais fatores do ambiente não interferem então, para provocar a mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é menor com uma panela comum do que com uma panela de pressão.
Se a fonte aquecedora fornece calor a uma taxa constante no tempo e que os demais fatores da vizinhança não interferem então, para provocar uma mesma elevação de temperatura, o tempo de aquecimento é o mesmo tanto com uma panela de pressão como com uma panela comum (aberta).
Se a fonte aquecedora fornece calor ao sistema a uma taxa constante no tempo então não haverá aquecimento algum, pois isto viola a conservação de energia.
Se a fonte aquecedora fornece calor ao sistema a uma taxa constante no tempo, então o sistema sofre uma diminuição de temperatura.
Resolução
Solução detalhada
Para analisar o tempo necessário para provocar a mesma elevação de temperatura em dois cenários (panela de pressão ou panela aberta), considere a 1ª Lei da Termodinâmica aplicada ao sistema (água + vapor que escapa):
\[Q = \Delta U + W\]
- Q: calor transferido pelo fogão (taxa constante).
- \(\Delta U\): variação de energia interna, proporcional à massa de água que de fato permanece no sistema e à elevação de temperatura desejada \(\Delta T\).
- W\, (p\,\Delta V)\): trabalho associado à expansão/saída de vapor.
Em uma panela aberta, o vapor sai livremente:
• Uma parcela de Q é gasta como calor latente de vaporização.
• Esse calor escapa do sistema junto com o vapor, não contribuindo para elevar a temperatura do líquido restante.
Em uma panela de pressão, o vapor fica confinado (ou sai muito pouco):
• A água quase não se perde por evaporação.
• A maior parte de Q permanece como energia interna, aumentando a temperatura da água.
Portanto, para a mesma \(\Delta T\), precisaremos de menos tempo quando usamos a panela de pressão, pois há menor dissipação de energia.
Resposta: A
Dicas
Erros Comuns
Conceitos-chave
- 1ª Lei da Termodinâmica: \(Q = \Delta U + W\).
- Calor latente: energia necessária para mudança de fase (líquido → vapor) sem variação de T.
- Sistema aberto × fechado: em um sistema aberto (panela comum), massa e energia podem escapar; em um sistema praticamente fechado (panela de pressão), as trocas de massa são reduzidas.
- Potência térmica: taxa de fornecimento de calor (W = J/s). Se for constante, o tempo está diretamente ligado à quantidade efetiva de energia absorvida pelo sistema.
